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  近年來，各種各樣高強韌和自修復水凝膠被開發(fā)出來，大大拓展了水凝膠在生物及軟體機器人等領域的應用。目前對水凝膠的研究主要集中在新凝膠體系的開發(fā)，以及拉伸和斷裂行為的研究，而對這類凝膠應力松弛機理的研究幾乎處于空白。對凝膠應力松弛機理的深入理解有助于理解材料的斷裂行為。此外，理解凝膠的應力松弛行為對其應用也非常重要。例如，設計具有和生物組織類似或相同應力松弛行為的凝膠能更好地作為人體組織的替代材料。

  本工作結合雙折射和小角X射線散射系統(tǒng)研究了一類聚兩性電解質高強韌自修復水凝膠的應力和結構演化，并討論了100 nm尺度的相分離結構和1 nm尺度的高分子鏈段在拉伸和松弛過程中的結構演化。研究結果表明100 nm尺度的相分離結構在拉伸過程中發(fā)生仿射形變，然而在拉伸停止后仍然后發(fā)生松弛，說明應力和應變在拉伸停止后進行了重新調整分布。這對理解材料的應力集中和缺陷形成有重要啟發(fā)。此外，本研究表明，在該凝膠中高分子鏈段松弛來自于離子鍵的破裂，而相尺度的松弛來自于多重離子鍵的協(xié)同作用。該工作還對凝膠松弛時間與其尺度的關聯(lián)進行了討論。

圖：聚兩性電解質凝膠在拉伸和松弛過程中應力和雙折射變化。

  以上成果發(fā)表于ACS Macro Lett (ACS Macro Lett. 2020, 9, 1582–1589). 第一作者為崔昆朋助理教授，通訊作者為龔劍萍教授。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.0c00600